Построение процесса расширения пара в турбине в is-диаграмме

Процесс расширения пара в турбине представлен на рис. 2. При построении необходимо обратить внимание на размерность параметров в имеющейся is-диаграмме. Предпочтительней использовать следующие размерности: для давления - МПа, для энтальпии - кДж/кг. В случае необходимости перехода от одних размерностей к другим можно воспользоваться известными соотношениями: 1 кг/см²= 0,0981 МПа, 1 ккал = 4,1868 кДж.

Построение осуществляется следующим образом:

1. По начальным параметрам Роиtонаходим точку О вis-диаграмме (рис. 2) и энтальпиюiов этой точке, iо= 3387 кДж/кг.

2. Определяем давление перед проточной частью турбины , приняв потери давления в паровпускных органахР= 0,03 Ро из рекомендуемого диапазонаР= (0,03…0,05)Ро:

3. Считая процесс дросселирования в паровпускных органах - изоэнтальпийным, строим его в is-диатрамме отрезком горизонтали до пересечения в точке О' сизобаройРо=22,795 МПа. Затем определяем =557°С.

4. Принимаем, что турбина имеет сопловое распределение, характерное для современных конденсационных турбин мощностью ниже 1000 МВт.

Регулирующую ступень выполняем одновенечной: располагаемый теплоперепад на ней принимаем равным = 100 кДж/кг из рекомендуемого для расчета диапазона=80…120 кДж/кг;

относительный внутренний КПД ступени принимаем равным = 0,72 из рекомендуемого диапазона=0,68…0,74.

Действительный теплоперепад, срабатываемый в регулирующей ступени,

Для построения процесса расширения пара в регулирующей ступени из точки 0' is-диаграммы по вертикали откладываем отрезок, равный= 100 кДж/кг. Точка вертикали 1_ИД, в которой

=3387—100=3287 кДж/кг, определяет изобару давления за регулирующей ступенью: P_р.с. = 16,64 МПа.

Откладывая из точки О' на этой же вертикали отрезок, равный = 72 кДж/кг и проводя через конец его изоэнтальпуi₁==3387—72=3315 кДж/кг до пересечения с изобарой P_р.с= 16,64 МПа, получаем точку 1, соответствующую окончанию действительного (с учетом потерь) процесса расширения пара в регулирующей ступени. В точке 1

Р₁=P_р.с = 16,64 МПа,i₁=3315 кДж/кг,t₁= 508°С.

Действительный процесс расширения пара в регулирующей ступени изображается отрезком прямой, соединяющей точки О΄ и 1.

5. Давление за ЦВД определяется в результате решения вариационной технико-экономической задачи. В расчете принимаем

3,916 МПа.

или по прототипу

6. Строим изоэнтропный процесс расширения пара в ЦВД. Опуская вертикаль из точки 1 до пересечения с изобарой =4,08 МПа в точке 2ид, находимi_2ИД= 2942 кДж/кг и располагаемый теплоперепад в ЦВД:

3315—2927 =388 кДж/кг.

7. Задаемся величиной относительного внутреннего КПД ЦВД =0,81 из рекомендуемого диапазона= 0,80…0,83 и оп­ределяем действительный теплоперепад, срабатываемый в ЦВД:

= 314,28 кДж/кг.

8. В is-диаграмме находим точку 2, соответствующую окончанию действительного процесса расширения в ЦВД, как точку пересечения изоэнтальпы=3315 - 314,28=3000,72 КДж/кг с изобарой давления за ЦВД= 3,916 МПа.

Действительный процесс расширения пара в ЦВД изобразится отрезком прямой, соединяющей точки 1 и 2.

9. Определяем давление на входе в ЦСД, приняв потери давления в системе промежуточного перегрева равными 10%:

= 3,52 МПа.

10. По давлению = 3,52 МПа и заданной температуре промперегреваtпп=565°С определяем наis-диаграмме точку 3, соответствующую состоянию пара перед ЦСД. В точке 3,i₃ = 3598,8 кДж/кг.

11. Давление на входе в проточную часть ЦСД определяется как разность давленияна входе в ЦСД и потерь давленияв дроссельно-отсечных клапанах перед ЦСД, которые принимаются равными= 0,025из рекомендуемого диапазона=(0,02…0,03).

12. Точка 3', соответствующая состоянию пара на входе в проточную часть ЦСД, определяется пересечением изоэнтальпы i₃= 3598 кДж/кг с изобарой= 3,43 МПа,t₃= 564°С.

13. Выбираем давление на выходе из ЦСД P₄равное давлениюР_пер.тр на входе в перепускные трубы из ЦСД в ЦНД:P₄=Р_{пер тр} = 0,23 МПа из рекомендуемого диапазонаР_{пер тр} = 0,20…0,25 МПа.

14. Строим из точки 3 изоэнтропный процесс расширения пара в ЦСД и находим конечную точку 4ид этого процесса как точку пересечения вертикали из точки 3 с изобарой Р₄== 0,23 МПа. В точке 4идi_4ИД=2827 кДж/кг.

15. Определяем располагаемый теплоперепад в ЦСД

3598—2827 = 771 кДж/кг.

16. Задавшись относительным внутренним КПД ЦСД =0,91 из рекомендованного диапазона= 0,9…0,92, определяем действительный теплоперепад, срабатываемый в ЦСД:

=701,61 кДж/кг.

17. Находим в is-диаграмме точку 4, соответствующую окончанию действительного процесса расширения в ЦСД, как точку пересечения изоэнтальпы=3598—701,61=2896,39 кДж/кг с изобаройР₄= 0,23 МПа.

18. Строим действительный процесс расширения пара в ЦСД, соединяя отрезком прямой линии точки 3' и 4.

19. Процесс расширения пара в ЦНД определяем исходя из того, что давление на входе в ЦНД равно давлению на выходе из ЦСД: P₄ =0,23 МПа, а- давление на выходе из ЦНД равно давлению в конденсатореРк= 0,00343 МПа.

Определяем в is-диаграмме точку 5ИД, соответствующую окончанию идеального процесса расширения пара в ЦНД, как точку пересечения изоэнтропы, проходящей через точку 4, с изобаройРк=0,00343 МПа. В этой точке=2240 кДж/кг.

20. Располагаемый теплоперепад в ЦНД:

=656 кДж/кг.

21. Задаемся относительным внутренним КПД ЦНД = 0,78 из рекомендуемого диапазона= 0,75…0,80 и определяем действительный теплоперепад, срабатываемый в ЦНД;

= 511,68 кДж/кг.

22. Находим в is-диаграмме точку 5, соответствующую окончанию действительного процесса расширения в ЦНД, как точку пересечения изоэнтальпы=2896—511,68= 2384 кДж/кг с изобаройРк= 0,00343 МПа. Степень сухости в этой точкех₅=0,9323.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ В РЕГЕНЕРАТИВНЫХ ОТБОРАХ, ПОДОГРЕВАТЕЛЕ И ТУРБОПРИВОДЕ

23. Определяем давление в первом отборе ЦВД на подогреватель П8.

Температура за ПВД П8 (t_П8)равна заданной конечной температуре питательной воды=265 °С. Недогрев до температуры насыщения в подогревателе П8, имеющем пароохладитель, принимается равным=2 °С из рекомендуемого диапазона=1…3 °С.

Температура насыщения отборного пара в П8 равна

Из таблиц теплофизических свойств воды и водяного пара по температуре насыщения =277 °Cнаходим давление пара в подогревателеМПа. Потерю давления в паропроводе отбора здесь и в дальнейшем принимаем равной 9% давления в подогревателе (из рекомендуемого для расчета диапазона 8…10%).

Тогда давление пара в отборе на П8 равно

24. Давление отбора на ПВД П7 равно давлению за ЦВД, перед промперегревом: =3,916 МПа,

Давление в подогревателе П7 с учетом потерь в паропроводе отбора равно

= 0,91•Р_П7 = 0,91•3,916 = 3,56 МПа.

Температура насыщения в П7 определяется из таблиц по давлению = 3,56 МПа и равнаt_{П7 Н} = 243,54°С. Температура питательной воды на выходе из П7 с учетом недогрева t_П7 = 2 °С:

=241,5 °С.

25. Подогрев питательной воды в П8:

°С.

26. Температура насыщения в деаэраторе t_Д.Нопределяется из таблиц по заданному давлению в деаэраторе= 0,7 МПа:t_Д.Н= 165°С.

Принимаем падение давления в паропроводе отбора на деаэратор равным 0,2 МПа. С учетом того, что давление в деаэраторе поддерживается постоянным независимо от нагрузки турбины, а давление в отборах изменяется пропорционально расходу пара через турбину, принимаем запас по давлению в отборе на деаэратор равным 20%, поэтому давление в отборе на деаэратор равно

27. Определяем повышение энтальпии воды в питательном насосе

,

Здесь V —удельный объем воды при температуре t_Д.Н — определяется из таблиц поt_Д.Н= 165 °С, V=0,00111 м³/кг;Рп.н — повышение давления в питательном насосе, Н/м²(Па), равное разности давления за насосом –Р_{за н}и давления перед насосомP_{перед н}.

Давление за насосом должно быть на 25…30% выше давления перед турбиной, чтобы можно было преодолеть сопротивление ПВД и парогенератора. Принимаем

Р_{за н}== 29,375 МПа.

Давление перед насосом принимаем равным давлению в деаэраторе

= 0,7 МПа,

так что

=28,675 МПа =28,675•Па.

Внутренний КПД насосав принимаем равным=0,8 из рекомендуемого диапазона= 0,75…0,82, тогда

28. Определяем нагрев воды в насосе:

Здесь впереди — температура воды перед насосом, принимается равной температуре насыщения в деаэраторе, 165 °С. Этой температуре соответствует энтальпия, определенная из таблиц [17] и [21],= 697,14 кДж/кг. Энтальпии за насосом, вычисляемой по формуле

по таблицам [17] и [21] соответствует t_{ЗА Н} =173,5°С, так что подогрев воды в насосе равен

С,

29. Суммарный нагрев в П7 и П6:

С.

30. Приняв из условия повышения экономичности, что подогрев в П7, питающейся от холодной нитки промперегрева, в 1,5 раза больше (из рекомендованного диапазона 1,5…1,8), чем подогрев в П6, т. е. , из предыдущего уравнения получаем

°С;

=42,702°С.

31. Температура за П6

=170,33+28,468= 198,798°С.

32. Приняв недогрев в П6  t_П6 =2°С, определяем температуру насыщения в П6:

=198,8+2=200,8°С.

По этой температуре из таблице [17] и [21] найдем давление в П6:

= 1,58 МПа

и давление в отборе на П6:

= 1,72 МПа.

33. Давление за ЦСД принято ранее (п. 13) равным 0,23 МПа, поэтому давление в отборе на ПЗ будет равно

Р_П3= 0,23 МПа,

давление в подогревателе ПЗ

= 0,207 МПа,

34. Температура насыщения в ПЗ определяется из таблиц [17] и [21] по = 0,207 МПа и равнаt_{П3 Н}= 121,3°С.

Принимая недогрев в ПЗ, не имеющем охладителя пара, равным ,определяем температуру на выходе из ПНД ПЗ:

= 121,3 - 2 =119°С.

35. Из условия обеспечения надежной работы деаэратора и его регулятора давления принимаем подогрев основного конденсата в деаэраторе равным = 15°С.

Тогда температура за подогревателем П4:

36. Температура насыщения в П4, имеющем охладитель пара, равна

=150+2= 152°С.

Из таблиц [17] и [21] по =152°С находим= 0,0,502 МПа. Давление в отборе на П4:

=0,552 МПа.

37. Заданному давлению в конденсаторе Рк =0,00343 МПа соответствует температура насыщенияt_КН= 26,33°С.

Принимаем равномерное распределение подогрева между подогревателями ПЗ, П2 и П1, т. е.

,

38. Температура конденсата на выходе из подогревателя ПЗ:

.

Отсюда подогрев в каждом из подогревателей равен

39. Температура основного конденсата за подогревателем П2:

Подогреватели П2 и П1, так же, как и ПЗ, не имеют охладителей пара, для них принимаем недогрев

.

Температура насыщения в П2:

.

Давление в П2 определим из таблиц [17] и [21] по = 90,2°С:

Давление в отборе на П2:

= 0,077 МПа.

40. Температура основного конденсата за подогревателем П1:

=57,4°С.

Температура насыщения П1:

=59,4°С.

Из таблиц [17] и [21] по находим:=0,019 МПа.

Давление в отборе на П1:

41. Строим точки отборов на is-диаграмме (рис. 2) как точки пересечения действительных процессов расширения с соответствующими изобарами и определяем температуры и энтальпии в этих точках:

точка П8, как точка пересечения процесса 1—2 с изобарой =5,72 МПа; в этой точке

;

точка П7, совпадает с точкой 2 и лежит на изобаре = 3,916 МПа; в этой точке

;

точка П6, как точка пересечения процесса 3'—4 с изобарой Р_П6= 1,72 МПа; в этой точке

;

точка д, соответствующая отбору на деаэратор и лежащая на пересечении процесса 3'—4 с изобарой = 1,08 МПа; в этой точке

,

и так далее по рис. 2 (точка ПЗ совпадает с точкой 4, а точка К, с точкой 5).

42. Параметры, полученные в результате расчетов, для удобства последующего использования сводим в табл. 2.

Температура дренажа на выходе из подогревателя, не имеющего охладителя дренажа, равна температуре насыщения в данном подогревателе, т. е.

.

Энтальпия конденсата и дренажа определяется с помощью таблиц для воды и пара [17] и [21] по температурам.

Таблица 1

Точка процесса	В отборе				В подогревателе				Питательная вода и осн. конденсат			Дренаж
	Р	t	i	P´				tп		iп	tдр		iдр
	МПа	оС	кДж/кг	МПа		оС	кДж/кг	оС		кДж/кг	оС		кДж/кг
О	23,5	560	3387,8	-		-	-	-		-	-		-
О´	22,795	557,48	3387,8	-		-	-	-		-	-		-
РС	16,64	508	3315	-		-	-	-		-	-		-
П8	5,72	267	3073	5,25		267	1170	265		1160	265		1160
П7	3,916	243,5	3000	3,56		243,5	1054,4	241,5		1044	241,5		1044
3´	3,52	565	3598	-		-	-	-		-	-		-
3	3,43	564,63	3598	-		-	-	-		-	-		-
П6	1,72	456	3375	1,58		200,8	2792,6	198,8		847	198,8		847
Д	1,08	386	3234	0,7		165	2763	165		697,3	-		-
П4	0,552	304,2	3072	0,502		152	2748	150		632	150		632
П3	0,23	213,8	2896	0,207		121,3	2707	119		500	119		500
П2	0,077	125	2729	0,07		90,2	2660	88,2		370	88,2		370
П1	0,0209	61	2570	0,019		59,4	2607	57,4		240,28	57,4		240,28
К	0,00343	26,33	2384	-		-	121,4	29		-	-		-
			Х=0,936